基于SAA7111A的模拟视频转换接口设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
[b]1 引言 [/b]  视频信号中不仅包含图像信号,还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号,对于如何将模拟视频信号在各种接口显示屏上进行显示,很多人常常会感到束手无策。传统方案大量使用模拟分离元件,不仅较为复杂,而且难于调试。本文介绍的方案主要采用集成电路设计,体积小,成本低,外围模拟器件少,全部控制均可通过软件实施,初始化和等待时间极短,可适用于板卡或小型手持终端等数字化多媒体应用场合,系统框图见图1。系统主要包括两个部分:一是视频解码模块,目的是将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行A/D转换,提取其中的同步和时钟信号,所有转换电路均集中在一块芯片内;二是视频转换模块,作用是直接输出模拟RGB、数字RGB或数字YUV视频信号,实现隔行到逐行扫描的转换,由于普通CVBS信号均为隔行扫描,对于逐行显示器,该部分必不可少,处理后的信号可直接显示或用于视频采集系统,也可用于其它格式显示(需转换)。另外,FPD链路(Flat Panel Display Link)传输部分可以实现远距离(最远10m)数字RGB视频显示(数字RGB视频信号频率太高无法实现远距离传输)。    [b]2 解码器选型 [/b]   TV解码器可选用PHILIPS公司的SAA7110/7111A/7112/7113/7114/7115/7118、SAMSUNG公司的KS0127(S5D0127X01)或ITT公司的VPC3211B,它们可通过IIC总线接口控制,自动识别输入模拟视频信号格式,然后解码输出24bit/16bit的 RGB或YUV数字信号和Hsync,Vsync,HAV(HREF)控制信号及采样时钟,解码后的信号可直接送到视频转换模块或视频采集系统。根据AVERLogic公司发布的技术文档,PHILIPS公司的解码器解码效果最好,其次是VPC3211B,KS0127虽然功能强大价格便宜,但是解码效果稍逊一些,而且该芯片的最大缺点是功耗太大(将近1W)。据笔者调研,SAA7114效果最好,但由于种种因素,本方案采用SAA7111A,它采用CMOS工艺,功耗小(小于0.5W),电压低(3.3V),体积小(1cm2), 温度适应范围广(10℃-80℃),具有以下特点:   (1) 自动进行50/60Hz场频的检测,支持NTSC和PAL制自动转换,可对NTSCM/N/4.43/JAPAN、PAL?M/N/BGHI/、SECAM格式视频信号的亮度和色度进行处理。   (2) 拥有4路模拟输入:4路复合视频(CVBS)或2路YC或1路YC和2路CVBS。   (3) 可设置CVBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)。   (4) 拥有2路亮度和色度梳状滤波器,可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。   (5) 行(HREF)、场(VREF)同步、奇偶帧(RES1)和像素时钟(LLC)信号均可由管脚引出。   (6) 可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR601 8位)、4:1:1(12位) YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(16位)RGB格式。   (7) 具有符合IEEE1149.1标准扫描逻辑的边界扫描测试电路。   (8) 64引脚的LQFP封装(尺寸:10mm%26;#215;10mm%26;#215;1.4mm),功耗小于0.5W。   鉴于该芯片在很多杂志上都有介绍,这里不再赘述。 3 视频转换器   AL251是AVERLogic公司生产的一款功能强大的显示转换控制芯片,主要用于LCD VGA显示或视频编辑应用场合,它能够接收隔行NTSC或PAL,ITU?RBT601(CCIR601)或平方像素,YUV422或RGB565数字信号,将其转换成普通PC显示器可以接收的模拟RGB格式视频信号和用于在VGA LCD上显示的YUV422或RGB565格式的逐行数字视频信号。AL251有多种控制功能,可由微处理器通过IIC接口实现诸如自动识别PAL制/NTSC式、调整屏幕位置、过滤视频噪声、OSD(在屏显示)、视频LUT(Lookup Table)、POWERDOWN等功能,可不需软件控制进行硬初始化。AL251具有AVERLogic特有的数字信号处理技术,处理过的图像更加平滑、有更少的闪烁和锯齿边沿。该芯片供电电压为3.3V或5V,采用80引脚QFP封装形式。   AL251原理框图如图2所示。 3.1 输入输出数据格式      AL251可输入输出两种数据格式:YUV422或RGB565。输入视频格式由引脚INTYPE(1为YUV422,0为RGB565)决定,输入接口见表1;输出视频格式由控制寄存器08h选择,输出接口见表2。AL251的精度依靠之前的视频解码器,不需要软件控制,最高支持1024%26;#215;768。其VCLK由解码器提供。 3.2 在屏显示   AL251提供两个通道支持在屏显示(OSD)功能,以实现在原输出上叠加控制菜单、文本或标题,以及产生一些诸如透明、不透明、底片、背景、网格等特殊效果。内通道实现内置OSD位图,外通道控制两个层叠引脚(OVLCTRL1 和 OVLCTRL0)用于在屏显示层叠和生成一些特殊的效果。无论是内通道还是外通道,OSD只能用于模拟视频和RGB565方式下输出,YUV422方式下不支持。 3.3 边界/边界颜色   在模拟输出时,AL251可以显示视频信号源中所有的像素,这样就能显示比普通显示器更大的区域,这点对于DVD数字视频源是有利的,但是对于一些类似VCR的视频源,则会出现边界不齐的后果。为此,AL251通过剪裁视频源进行边界控制,另外,裁剪后的边界颜色(24位)可以通过寄存器设置。 3.4 寄存器描述   AL251共设有42个内部控制寄存器。其中,00h~04h是配置状态寄存器,用于显示公司ID(46h)、版本号和芯片序列号以及设置芯片的工作状态(视频信号的输入类型和格式);08h,09h是同步控制和状态寄存器,用于设置各种同步信号的方式和极性,报告当前各类同步信号的状态;0Ch~0Eh是边界颜色寄存器,用于设置边界颜色的红、绿、蓝分量值;10h~13h是LUTOSD寄存器;14h~1Dh是层叠控制寄存器,用于设置层叠的效果和颜色。 4 链路介绍   为了增加传输距离,LCD和AL251之间可采用FPD链路连接。本方案采用National 半导体公司的LVDS(Low Voltage Differential Signaling)DS90C363/DS90CF364传输套片,传输距离最远可达10m。该套片为18位FPD链路,工作电压3.3V,48引脚TSSOP封装,其中DS90C363是发送器,可将18位RGB数据和3位LCD定时和控制数据(FPLINE/GHS、FPFRAME/GVS、DRDY/ENAB/GHREF)在一个时钟周期内转换成3组LVDS,在65MHz发送时钟频率下,每个LVDS通道的发送速率高达455Mbps,数据吞吐量为每秒170兆字节,该发送器可选择为上升沿或下降沿触发;DS90CF364为接收器,它可将接收到的LVDS数据流再转换成TTL/CMOS数据,以便于多路数字信号的高速远距离传输。该套片支持VGA,SVGA,XGA或更高的分辨率。在使用时,设计者不需改变原先电路引接关系。      图3是该转换系统的硬件电路示意图,使用3.3V电源。本系统采用Cygnal公司的C8051F020处理器进行控制,选用SHARP公司的LQ64D341 TFT液晶屏,分辨率为640%26;#215;480,接口为18位数字RGB方式,逆变器选用TDK的CXAM10A。   图中, PAL/NTSC/SECAM三种制式视频信号可通过SAA7111A的AI11/AI12/AI21/AI22通道输入,如是S端子则占用两路输入通道,其中AI12接S端子的3脚,AI22接S端子的4脚,S端子的1、2引脚接地,实际的使用端口可通过软件选择进行设置。24.576MHz的基准时钟信号通过XTALI输入; AL251的VCLK,VIDHS,VIDVS,HREF 是输入视频信号的行场同步和采样时钟; SQUARE是平方像素和CCIR601选择设置(1/0),这里选用CCIR方式;OVLCTRL0/1是层叠控制,00是无层叠; GHS,GVS是输出视频信号的行场同步,模/数RGB接口共用这两根引脚;SAA7111A输出的LLC时钟信号直接与液晶屏的GCLK引脚相接,GHREF是液晶屏的显示使能,VREF用于模拟RGB端口(如不使用可悬空)。由于AL251的数据输出口是16位的,而LQ64D341是18位的,这里将R0和B0接地,其余引脚对应关系不变。SDA和SCL是IIC控制接口,各接一个4.7kΩ上拉电阻,SAA7111A的读/写地址是49h/48h,AL251的读/写地址是59h/58h。   根据笔者经验,有几点需要注意:(1) 由于该电路用于电视信号,频率较高,一定要将模拟地和数字地、模拟电源和数字电源分开,在供电和接地处用一磁珠或导线连接;(2) 如有可能应使用四层板设计,且模拟信号部分和数字信号部分分开;(3)模拟信号输入端的信号线应该较粗较短,并且周围环绕地线,四个模拟输入引脚无论是否在用,全部接上耦合电容和匹配电阻;(4)每个芯片的电源引脚尽可能近地接上一个0.1μF电容;(5)与LCD相接的数字RGB电缆不要太长;(6)对于各个时钟信号要细心设计,最好用地与其它信号隔离。 6 软件编程   软件操作上不太复杂,只要针对具体应用对芯片进行初始化即可,如果需要诸如OSD、亮色度控制操作,只需改变对应寄存器值即可,完整的IIC底层驱动程序可从周立功网站上下载。另外强调几点:(1)IIC的延时时间要根据所使用的处理器主频作出调整。(2)比较技术文档上给的参数,实际图像位置有所偏差,这需要开发者进行调整,主要有SAA7111A上的06、07寄存器和AL251的20"29寄存器,它们主要用于调整行场同步和屏幕位置。(3)SAA7111A中1F寄存器可显示视频信号的制式,可据此对屏幕位置作不同的初始化,同时AL251不要使用硬缺省方式,否则屏幕容易偏位。   该方案虽然简单易用,但其缺点是对于混合在视频信号中的干扰反应敏感. 参考文献   1 李维,郭强. 液晶显示应用技术.北京: 电子工业出版社, 2000

关键字:设计

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/szav/200703/425.html
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